第三講 端到端的傳輸協(xié)議1

1、B Broadband WWireless C Communications Laboratory, Xidian University1 B BWCXidian Univ. 第第2章章 端到端的傳輸協(xié)議端到端的傳輸協(xié)議 B Broadband WWireless C Communications Laboratory, Xidian University2 B BWCXidian Univ. 引言 物理層是為鏈路層提供一組虛擬的比特管道。在物理層是為鏈路層提供一組虛擬的比特管道。在這樣的比特管道上如何這樣的比特管道上如何形成一條可靠的業(yè)務(wù)通道形成一條可靠的業(yè)務(wù)通道為上層提供可靠的服務(wù)為上層提

2、供可靠的服務(wù)? ? 為了形成一條可靠的業(yè)務(wù)通道，我們首先解決：為了形成一條可靠的業(yè)務(wù)通道，我們首先解決： 解決如何解決如何發(fā)現(xiàn)傳輸中的比特錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)傳輸中的比特錯(cuò)誤； 組幀：組幀：標(biāo)識標(biāo)識高層送下來的數(shù)據(jù)塊（分組）的起高層送下來的數(shù)據(jù)塊（分組）的起止位置；止位置； 最后要解決的就是發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤后，如何最后要解決的就是發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤后，如何消除這些消除這些錯(cuò)誤錯(cuò)誤。B Broadband WWireless C Communications Laboratory, Xidian University3 B BWCXidian Univ. 引言 根據(jù)通信雙方所處的相對位置不同，所采用的解根據(jù)通信雙方所處的相對

3、位置不同，所采用的解決方法（協(xié)議）也不同。決方法（協(xié)議）也不同。 當(dāng)通信雙方之間是通過當(dāng)通信雙方之間是通過一條物理鏈路一條物理鏈路直接相連，直接相連，這時(shí)需采用鏈路層的協(xié)議來解決數(shù)據(jù)幀的傳輸這時(shí)需采用鏈路層的協(xié)議來解決數(shù)據(jù)幀的傳輸錯(cuò)誤；錯(cuò)誤； 當(dāng)通信雙方是在一個(gè)當(dāng)通信雙方是在一個(gè)通信子網(wǎng)內(nèi)通信子網(wǎng)內(nèi)通過多條數(shù)據(jù)通過多條數(shù)據(jù)鏈路形成的通路相連，這時(shí)需要采用網(wǎng)絡(luò)層的鏈路形成的通路相連，這時(shí)需要采用網(wǎng)絡(luò)層的端到端傳輸協(xié)議來解決分組的傳輸錯(cuò)誤；端到端傳輸協(xié)議來解決分組的傳輸錯(cuò)誤； 當(dāng)通信雙方處于當(dāng)通信雙方處于不同的通信子網(wǎng)不同的通信子網(wǎng)時(shí)，需要采用時(shí)，需要采用運(yùn)輸層的端到端傳輸協(xié)議來解決報(bào)文的傳輸錯(cuò)運(yùn)

4、輸層的端到端傳輸協(xié)議來解決報(bào)文的傳輸錯(cuò)誤。誤。B Broadband WWireless C Communications Laboratory, Xidian University4 B BWCXidian Univ. 內(nèi)容2.1 2.1 組幀技術(shù)組幀技術(shù)2.2 2.2 鏈路層的差錯(cuò)控制技術(shù)鏈路層的差錯(cuò)控制技術(shù)2.3 2.3 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議及其初始化標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議及其初始化2.4 2.4 網(wǎng)絡(luò)層和運(yùn)輸層的點(diǎn)對點(diǎn)傳輸協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層和運(yùn)輸層的點(diǎn)對點(diǎn)傳輸協(xié)議B Broadband WWireless C Communications Laboratory, Xidian Universit

5、y5 B BWCXidian Univ. 組幀技術(shù)組幀技術(shù) 物理層僅負(fù)責(zé)比特的傳輸，而不對比特的含義和作用進(jìn)行物理層僅負(fù)責(zé)比特的傳輸，而不對比特的含義和作用進(jìn)行區(qū)分。區(qū)分。 組幀便于差錯(cuò)的發(fā)現(xiàn)與消除組幀便于差錯(cuò)的發(fā)現(xiàn)與消除 當(dāng)數(shù)據(jù)鏈路層將網(wǎng)絡(luò)層的分組連續(xù)送到物理層進(jìn)行傳輸時(shí)，當(dāng)數(shù)據(jù)鏈路層將網(wǎng)絡(luò)層的分組連續(xù)送到物理層進(jìn)行傳輸時(shí)，如何組幀？如何組幀？ 如何決定什么時(shí)刻是一幀（鏈路層傳送的一個(gè)數(shù)據(jù)比如何決定什么時(shí)刻是一幀（鏈路層傳送的一個(gè)數(shù)據(jù)比特塊（數(shù)據(jù)單元）稱為一幀，每一幀通常運(yùn)載網(wǎng)絡(luò)層特塊（數(shù)據(jù)單元）稱為一幀，每一幀通常運(yùn)載網(wǎng)絡(luò)層的一個(gè)分組）開始？的一個(gè)分組）開始？ 什么時(shí)刻是一幀結(jié)束？什么時(shí)刻

6、是一幀結(jié)束？ 哪一段是差錯(cuò)校驗(yàn)的比特？哪一段是差錯(cuò)校驗(yàn)的比特？B Broadband WWireless C Communications Laboratory, Xidian University6 B BWCXidian Univ. 2.1 組幀技術(shù)組幀技術(shù)2.1.1 面向字符的組幀技術(shù)面向字符的組幀技術(shù)2.1.2 面向比特的組幀技術(shù)面向比特的組幀技術(shù)2.1.3 采用長度計(jì)數(shù)的組幀技術(shù)采用長度計(jì)數(shù)的組幀技術(shù) B Broadband WWireless C Communications Laboratory, Xidian University7 B BWCXidian Univ. 2.1.

7、1 面向字符的組幀技術(shù)面向字符的組幀技術(shù)(1)(1) 物理層傳輸?shù)幕締卧俏锢韺觽鬏數(shù)幕締卧且粋€(gè)字符一個(gè)字符（通常用一個(gè)（通常用一個(gè)字符表示一個(gè)字節(jié)），并在此基礎(chǔ)上形成具有一字符表示一個(gè)字節(jié)），并在此基礎(chǔ)上形成具有一定格式的字符串。定格式的字符串。例如：例如：RS-232CRS-232C異步串行接口協(xié)議異步串行接口協(xié)議。該協(xié)議在傳送每個(gè)字符。該協(xié)議在傳送每個(gè)字符（如一個(gè)字符由（如一個(gè)字符由8 8個(gè)比特個(gè)比特D D7 7D D6 6D D5 5D D4 4D D3 3D D2 2D D1 1D D0 0組成）前后分別加上組成）前后分別加上起始位（起始位（D D起起）、停止位（）、停止位（D

8、 D止止），以便區(qū)分不同的字符。），以便區(qū)分不同的字符。 B Broadband WWireless C Communications Laboratory, Xidian University8 B BWCXidian Univ. 2.1.1面向字符的組幀技術(shù)面向字符的組幀技術(shù)(2) SLIP SLIP （Serial Line IPSerial Line IP） 串行線路的串行線路的InternetInternet數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議 PPP PPP （ Point-to-Point ProtocolPoint-to-Point Protocol） 點(diǎn)點(diǎn)- -點(diǎn)協(xié)議點(diǎn)協(xié)議 SLIP

9、SLIP與與PPPPPP用于串行通信的撥號線路上，是用于串行通信的撥號線路上，是目前家庭計(jì)算機(jī)或公司用戶通過目前家庭計(jì)算機(jī)或公司用戶通過ISPISP接到接到InternetInternet主要的協(xié)議。主要的協(xié)議。 B Broadband WWireless C Communications Laboratory, Xidian University9 B BWCXidian Univ. SLIP協(xié)議（協(xié)議（1）-RFC 1055SLIPSLIP幀運(yùn)載的是高層幀運(yùn)載的是高層IPIP數(shù)據(jù)報(bào)。數(shù)據(jù)報(bào)。它采用兩個(gè)特殊字符；它采用兩個(gè)特殊字符；ENDEND（十六進(jìn)制（十六進(jìn)制C0HC0H，H H表示十六

10、進(jìn)制）和表示十六進(jìn)制）和ESCESC（十六進(jìn)制（十六進(jìn)制DBHDBH）。）。COCO的二進(jìn)制編碼比特序列是的二進(jìn)制編碼比特序列是1000011 00000001000011 0000000ENDEND用于表示一幀的開始和結(jié)束用于表示一幀的開始和結(jié)束。C0C0ENDEND字節(jié)字節(jié)1 11 1IPIP數(shù)據(jù)報(bào)數(shù)據(jù)報(bào)B Broadband WWireless C Communications Laboratory, Xidian University10 B BWCXidian Univ. SLIP協(xié)議（協(xié)議（2） IPIP數(shù)據(jù)報(bào)中出現(xiàn)相同數(shù)據(jù)報(bào)中出現(xiàn)相同ENDEND字符？字符？ 為避免收端錯(cuò)誤地終止

11、一幀的接收，為避免收端錯(cuò)誤地終止一幀的接收，SLIPSLIP中使用了轉(zhuǎn)義字中使用了轉(zhuǎn)義字符符ESCESC。 ENDEND字符轉(zhuǎn)換成字符轉(zhuǎn)換成ESC-ENDESC-END；ESCESC轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換ESC-ESCESC-ESCC0DCC0DBC0ENDESCEND字節(jié)字節(jié)1 11 11 11 11 1IP數(shù)據(jù)報(bào)數(shù)據(jù)報(bào)B Broadband WWireless C Communications Laboratory, Xidian University11 B BWCXidian Univ. SLIP協(xié)議（協(xié)議（3） IPIP數(shù)據(jù)報(bào)中出現(xiàn)相同數(shù)據(jù)報(bào)中出現(xiàn)相同ENDEND字符？字符？ 為避免收端錯(cuò)誤地終止

12、一幀的接收，為避免收端錯(cuò)誤地終止一幀的接收，SLIPSLIP中使用了轉(zhuǎn)義字中使用了轉(zhuǎn)義字符符ESCESC。 ENDEND字符轉(zhuǎn)換成字符轉(zhuǎn)換成ESC-ENDESC-END；ESCESC轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換ESC-ESCESC-ESCB Broadband WWireless C Communications Laboratory, Xidian University12 B BWCXidian Univ. SLIP協(xié)議（協(xié)議（4） 收端只要收端只要收到收到ENDEND字符字符即表示一幀的開始或結(jié)束。即表示一幀的開始或結(jié)束。 每當(dāng)遇到每當(dāng)遇到ESCESC字符就進(jìn)行字符轉(zhuǎn)換，恢復(fù)字符就進(jìn)行字符轉(zhuǎn)換，恢復(fù)IPIP

13、報(bào)文中的原有報(bào)文中的原有的的ENDEND和和ESCESC字符。字符。 這樣就可以完全以一個(gè)這樣就可以完全以一個(gè)IPIP數(shù)據(jù)報(bào)的形式向數(shù)據(jù)報(bào)的形式向IPIP層提交數(shù)據(jù)層提交數(shù)據(jù)。B Broadband WWireless C Communications Laboratory, Xidian University13 B BWCXidian Univ. SLIP協(xié)議（協(xié)議（5） COCO的使用將影響的使用將影響SLIPSLIP幀數(shù)據(jù)的透明性幀數(shù)據(jù)的透明性; ; 沒有校驗(yàn)和字段，差錯(cuò)控制功能由高層的協(xié)議承沒有校驗(yàn)和字段，差錯(cuò)控制功能由高層的協(xié)議承擔(dān)；擔(dān)； SLIPSLIP協(xié)議并不是協(xié)議并不是Int

14、ernetInternet的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，因此不同的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，因此不同版本的之間就會存在著差別，使得互連變得困難。版本的之間就會存在著差別，使得互連變得困難。B Broadband WWireless C Communications Laboratory, Xidian University14 B BWCXidian Univ. PPP協(xié)議（協(xié)議（1） PPPPPP協(xié)議是協(xié)議是InternetInternet標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)，RFC 1660RFC 1660、RFC 1661RFC 1661定義了定義了PPPPPP協(xié)議與幀結(jié)構(gòu)；協(xié)議與幀結(jié)構(gòu)； PPPPPP協(xié)議處理了差錯(cuò)檢測，支持面向字符型協(xié)議與協(xié)議

15、處理了差錯(cuò)檢測，支持面向字符型協(xié)議與面向比特型協(xié)議面向比特型協(xié)議, ,可以支持可以支持IPIP協(xié)議及其他一些網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及其他一些網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議（例如層協(xié)議（例如IPXIPX協(xié)議）；協(xié)議）； PPPPPP協(xié)議不僅在撥號電話線，并且在路由器協(xié)議不僅在撥號電話線，并且在路由器路由路由器之間的專用線上廣泛應(yīng)用器之間的專用線上廣泛應(yīng)用; ; PPPPPP協(xié)議是在大多數(shù)家庭個(gè)人計(jì)算機(jī)和協(xié)議是在大多數(shù)家庭個(gè)人計(jì)算機(jī)和ISPISP之間使之間使用的協(xié)議，它可以作為在高速廣域網(wǎng)和社區(qū)寬帶用的協(xié)議，它可以作為在高速廣域網(wǎng)和社區(qū)寬帶網(wǎng)協(xié)議族的一部分。網(wǎng)協(xié)議族的一部分。B Broadband WWireless C Comm

16、unications Laboratory, Xidian University15 B BWCXidian Univ. PPP協(xié)議（協(xié)議（2） 7EH7EH作一幀的開始和結(jié)束標(biāo)志（作一幀的開始和結(jié)束標(biāo)志（F F）；）； 地址地址（addressaddress）：值為：值為“FF”FF”（1111111111111111），表），表示網(wǎng)中所有的站都接收該幀示網(wǎng)中所有的站都接收該幀 控制控制（controlcontrol）：值為：值為“03”03”（0000001100000011）F7EAFFC03F7EB Broadband WWireless C Communications Labora

17、tory, Xidian University16 B BWCXidian Univ. F7EAFFC03F7EPPP協(xié)議（協(xié)議（3） 協(xié)議域協(xié)議域（兩個(gè)字節(jié)）（兩個(gè)字節(jié)）它標(biāo)識出網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)域的類型。它標(biāo)識出網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)域的類型。 0021H0021HTCP/IPTCP/IP C021HC021H表示該幀的信息是鏈路控制數(shù)據(jù)；表示該幀的信息是鏈路控制數(shù)據(jù)； 8021H8021H表示該幀的信息是網(wǎng)絡(luò)控制數(shù)據(jù)；表示該幀的信息是網(wǎng)絡(luò)控制數(shù)據(jù)； 0023H0023HOSIOSI 0027H0027HDECDEC 幀校驗(yàn)域幀校驗(yàn)域（FCSFCS）也為兩個(gè)字節(jié)，它用于對信息域的校驗(yàn)。）也為兩個(gè)字節(jié)，

18、它用于對信息域的校驗(yàn)。B Broadband WWireless C Communications Laboratory, Xidian University17 B BWCXidian Univ. PPP協(xié)議（協(xié)議（4） 鏈路控制幀（LCP） 網(wǎng)絡(luò)控制幀（NCP）標(biāo)志字段(7E)地址字段(FF)控制字段(03)鏈路控制數(shù)據(jù)幀校驗(yàn)字段(FCS)標(biāo)志字段(7E)協(xié)議字段(C021)標(biāo)志字段(7E)地址字段(FF)控制字段(03)網(wǎng)絡(luò)控制數(shù)據(jù)幀校驗(yàn)字段(FCS)標(biāo)志字段(7E)協(xié)議字段(8021)B Broadband WWireless C Communications Laboratory,

19、Xidian University18 B BWCXidian Univ. PPP協(xié)議（協(xié)議（5） 信息域中出現(xiàn)信息域中出現(xiàn)7EH7EH，轉(zhuǎn)換為（，轉(zhuǎn)換為（7DH7DH，5EH5EH）兩個(gè)字符。）兩個(gè)字符。 當(dāng)信息域出現(xiàn)當(dāng)信息域出現(xiàn)7DH7DH時(shí)，轉(zhuǎn)換為（時(shí)，轉(zhuǎn)換為（7DH7DH，5DH5DH）。）。 當(dāng)信息流中出現(xiàn)當(dāng)信息流中出現(xiàn)ASCIIASCII碼的控制字符（即小于碼的控制字符（即小于20H20H），），即在該字符前加入一個(gè)即在該字符前加入一個(gè)7DH7DH字符。字符。F7EAFFC03F7E7E7DB Broadband WWireless C Communications Laborat

20、ory, Xidian University19 B BWCXidian Univ. 2.1.1面向字符的組幀技術(shù)面向字符的組幀技術(shù)(3) 這些幀結(jié)構(gòu)在處理時(shí)非常簡單，這些幀結(jié)構(gòu)在處理時(shí)非常簡單， 但但缺點(diǎn)缺點(diǎn)是是效率較低效率較低，插入了許多轉(zhuǎn)，插入了許多轉(zhuǎn)義字符。義字符。 數(shù)據(jù)長度必須以字節(jié)為單位。數(shù)據(jù)長度必須以字節(jié)為單位。B Broadband WWireless C Communications Laboratory, Xidian University20 B BWCXidian Univ. 2.1.2 面向比特的組幀技術(shù)面向比特的組幀技術(shù)(1) 在面向比特的組幀技術(shù)中，通常采用在面向

21、比特的組幀技術(shù)中，通常采用一個(gè)一個(gè)特殊的比特串特殊的比特串，稱為，稱為FlagFlag, ,如如01016 60 0（1 1j j表示連續(xù)表示連續(xù)j j個(gè)個(gè)“1”1”）來表示一幀）來表示一幀的正常結(jié)束和開始。的正常結(jié)束和開始。 當(dāng)信息比特流中出現(xiàn)與當(dāng)信息比特流中出現(xiàn)與FlagFlag相同的比相同的比特串（如連續(xù)出現(xiàn)特串（如連續(xù)出現(xiàn)6 6個(gè)個(gè)“1”1”）如何處）如何處理？理？B Broadband WWireless C Communications Laboratory, Xidian University21 B BWCXidian Univ. 01111110011111102.1.2面向

22、比特的組幀技術(shù)面向比特的組幀技術(shù)(2) 比特插入技術(shù)比特插入技術(shù)，發(fā)端信息流中，每出現(xiàn)連續(xù)的發(fā)端信息流中，每出現(xiàn)連續(xù)的5 5個(gè)個(gè)“1”1”就插入一個(gè)就插入一個(gè)“0”0”。這樣被插。這樣被插“0”0”后的信息比特流中就不會有多后的信息比特流中就不會有多于于5 5個(gè)個(gè)“1”1”的比特串。的比特串。接收端在收到接收端在收到5 5個(gè)個(gè)“1”1”以后，如果收到的是以后，如果收到的是“0”0”就將就將該該“0”0”刪去；如果是刪去；如果是“1”1”就表示一幀結(jié)束。就表示一幀結(jié)束。B Broadband WWireless C Communications Laboratory, Xidian Univer

23、sity22 B BWCXidian Univ. 2.1.2 面向比特的組幀技術(shù)面向比特的組幀技術(shù)(3) 采用比特插入技術(shù)，除了消除信息幀中出現(xiàn)采用比特插入技術(shù)，除了消除信息幀中出現(xiàn)FlagFlag的作用以外，它還帶來其他作用的作用以外，它還帶來其他作用. . 如要如要丟棄或中止一幀丟棄或中止一幀，則可連續(xù)發(fā)送，則可連續(xù)發(fā)送7 7個(gè)或個(gè)或7 7個(gè)以個(gè)以上的上的“1”1”。 當(dāng)鏈路連續(xù)出現(xiàn)當(dāng)鏈路連續(xù)出現(xiàn)1515個(gè)個(gè)“1”1”則認(rèn)為則認(rèn)為鏈路空閑鏈路空閑。因此。因此01016 6是一個(gè)結(jié)束標(biāo)志，如果是一個(gè)結(jié)束標(biāo)志，如果01016 6后面是后面是0 0表示正常結(jié)表示正常結(jié)束，如果束，如果01016

24、6后面是后面是1 1表示非常中止。表示非常中止。B Broadband WWireless C Communications Laboratory, Xidian University23 B BWCXidian Univ. 幀的開銷幀的開銷(1) 設(shè)輸入的信息比特流是獨(dú)立同分布的二進(jìn)設(shè)輸入的信息比特流是獨(dú)立同分布的二進(jìn)制變量，其制變量，其“0”0”和和“1”1”等概出現(xiàn)。假定等概出現(xiàn)。假定采用采用0101j j作為結(jié)束標(biāo)志，作為結(jié)束標(biāo)志，現(xiàn)在來求現(xiàn)在來求j j為多少時(shí)為多少時(shí)效率最高或插入比特開銷最小效率最高或插入比特開銷最小。B Broadband WWireless C Communic

25、ations Laboratory, Xidian University24 B BWCXidian Univ. 幀的開銷幀的開銷(2) 0101j-1j-1序列的概率序列的概率原始數(shù)據(jù)從原始數(shù)據(jù)從i-(j-1)i-(j-1)位到位到i i位（位（ijij）的比特為）的比特為0101j-1j-1，則在第，則在第i i位后面將要插入一個(gè)位后面將要插入一個(gè)“0”0”，其其概率為概率為? ? 。x x x x x x x x x x x x x 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 2 i i-(j-1)2-jB Broadband WWireless C Communica

26、tions Laboratory, Xidian University25 B BWCXidian Univ. 幀的開銷幀的開銷(3) 如果原始數(shù)據(jù)從如果原始數(shù)據(jù)從i-2(j-1)i-2(j-1)到到i i位（位（i2j-1i2j-1）的比）的比特為特為01012(j-1)2(j-1)，則也將在第，則也將在第i i位后面插入一個(gè)位后面插入一個(gè)“0”0”，其概率為其概率為2 2-2j+1-2j+1。x x x x x x x x x x x x x 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 o1 2 i i-2(j-1)0 可以繼續(xù)考察在第可以繼續(xù)考察在第i i位前連續(xù)位前連續(xù)出現(xiàn)出現(xiàn)n(j-

27、1)n(j-1)個(gè)個(gè)“1”1”的情況及相應(yīng)的概率。的情況及相應(yīng)的概率。B Broadband WWireless C Communications Laboratory, Xidian University26 B BWCXidian Univ. 幀的開銷幀的開銷(4) 在后面的討論中，將在后面的討論中，將忽略第二次忽略第二次插插“0”及更長及更長連續(xù)連續(xù)“1”的插的插“0”情況。情況。 如果輸入比特流的如果輸入比特流的前前j-1個(gè)比特均為個(gè)比特均為“1”，則將，則將要在第要在第j位插入一個(gè)位插入一個(gè)“0”，其概率為，其概率為2-(j-1)。 設(shè)原始數(shù)據(jù)的長度為設(shè)原始數(shù)據(jù)的長度為k k, ,k

28、 kj j-1-1時(shí)的平均插入時(shí)的平均插入“0”0”的數(shù)目為的數(shù)目為jjjjkjk2)3(2)1(21)1(B Broadband WWireless C Communications Laboratory, Xidian University27 B BWCXidian Univ. 幀的開銷幀的開銷(5) 加上一個(gè)結(jié)束標(biāo)志，總的開銷為加上一個(gè)結(jié)束標(biāo)志，總的開銷為12)3(jjkOVj12)3(jjkEOVEj 對上式取均值得對上式取均值得 通常通常 ，所以上式可以用一個(gè)上界來，所以上式可以用一個(gè)上界來表示，即表示，即 jkE(3)j 12jkEOVEjB Broadband WWireless C Communications Laboratory, Xidian University28 B BWCXidian Univ. 最小最小j j值為值為式中，式中，IntxIntx 表示取表示取